第7章 光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能及其測(cè)量ppt課件.ppt

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1、第7章光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能及其測(cè)量了解光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能是正確地進(jìn)行光輻射度量測(cè)量的基本保證，否則常會(huì)在實(shí)際測(cè)量中忽略一些對(duì)測(cè)量結(jié)果有影響的因素，或者用同一個(gè)系統(tǒng)在不同測(cè)量條件下(不同的光源、環(huán)境和時(shí)間特性等)測(cè)同一個(gè)量，得到不同甚至差異甚大的結(jié)果，卻不能判斷造成差異的原因，也難以分析測(cè)量結(jié)果的可用性，從而導(dǎo)致測(cè)量的失敗。光輻射度量是一個(gè)場(chǎng)量，其光譜量值在空間、時(shí)間、偏振等特性的分布相當(dāng)復(fù)雜。作為光輻射測(cè)量系統(tǒng)，除光譜響應(yīng)特性外，還應(yīng)了解系統(tǒng)的空間、時(shí)間、偏振的測(cè)量特性。光輻射測(cè)量系統(tǒng)性能的測(cè)量常稱為儀器的

2、標(biāo)定。標(biāo)定工作常常是一項(xiàng)十分困難和復(fù)雜的任務(wù)，與用于標(biāo)定該儀器的光源以及環(huán)境背景輻射在光譜、空間、時(shí)間、偏振特性的多變性相聯(lián)系。儀器的標(biāo)定值應(yīng)與標(biāo)定光以及用它進(jìn)行測(cè)量的待測(cè)光源等的特性無(wú)關(guān)，只是其自身各種響應(yīng)特性的客觀度量，但度量的客觀性卻會(huì)受到標(biāo)定光源、環(huán)境特性的影響。第7章光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能及其測(cè)量第7章光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能及其測(cè)量理想的光輻射測(cè)量系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有以下性能：①在所測(cè)量的光譜范圍[?1,?2]內(nèi)，系統(tǒng)具有均勻的光譜響應(yīng)，在響應(yīng)光譜范圍以外的光譜響應(yīng)等于零，即測(cè)量系統(tǒng)具有理想的光譜帶寬響應(yīng)。②在

3、所要求測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，系統(tǒng)具有線性響應(yīng)，即輸出信號(hào)和待測(cè)輻射度量之間成正比關(guān)系。③光學(xué)系統(tǒng)沒(méi)有漸暈和像差。在測(cè)量視場(chǎng)內(nèi)，各視場(chǎng)角能接收等量的光輻射能，而在測(cè)量視場(chǎng)外，射入系統(tǒng)的雜散光不能到達(dá)探測(cè)器表面，即系統(tǒng)具有理想的視場(chǎng)響應(yīng)。④測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)不受入射光偏振程度的影響。用這種理想的測(cè)量系統(tǒng)去測(cè)量光輻射度量，不會(huì)因待測(cè)量的光譜特性、量值大小、視場(chǎng)內(nèi)的空間分布和偏振特性的變化而引起測(cè)量誤差。第7章光輻射測(cè)量系統(tǒng)的性能及其測(cè)量7.1測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)度7.1.1遠(yuǎn)距離小光源法7.1.2遠(yuǎn)距離面光源法7.1.3近距離面光

4、源法7.1.4近距離小光源法7.2測(cè)量系統(tǒng)的光譜響應(yīng)7.3測(cè)量系統(tǒng)的視場(chǎng)響應(yīng)7.4測(cè)量系統(tǒng)的線性響應(yīng)7.5測(cè)量系統(tǒng)的偏振響應(yīng)7.1測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)度根據(jù)儀器輸出電壓對(duì)應(yīng)入射輻射度量的不同，響應(yīng)度可分成輻射通量響應(yīng)度、輻亮度響應(yīng)度、輻照度響應(yīng)度。響應(yīng)度的標(biāo)定就是建立測(cè)量系統(tǒng)入瞳處輻射度量和輸出信號(hào)之間的定量關(guān)系。一般用標(biāo)準(zhǔn)光源作為標(biāo)定源。但由于標(biāo)定源到儀器入瞳之間有一定的距離，因此標(biāo)定源輻射度量值并不是對(duì)應(yīng)儀器入瞳處的輻射度量，在傳輸路徑上輻射度量的變化必須考慮進(jìn)去。7.1測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)度如果光源不能充滿儀器視場(chǎng)

5、，儀器輸出信號(hào)是光源和背景輻亮度貢獻(xiàn)的總和。儀器入瞳處不是標(biāo)定光源的輻亮度值，而是儀器視場(chǎng)內(nèi)標(biāo)定光源輻亮度和背景輻亮度的權(quán)重平均輻亮度，故簡(jiǎn)單地標(biāo)定光源的輻亮度值求響應(yīng)度必然產(chǎn)生錯(cuò)誤。此時(shí)，如果標(biāo)定光源距儀器足夠遠(yuǎn)，則在儀器入瞳處的輻照度是均勻的，因此，可用測(cè)量?jī)x器的輻照度(或輻射通量)響應(yīng)來(lái)表征，但要求探測(cè)器響應(yīng)度沿表面分布是均勻的，若響應(yīng)不均勻，則需采用勻光器。7.1測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)度當(dāng)標(biāo)定光源充滿儀器視場(chǎng)時(shí)，光源尺寸的增加不會(huì)對(duì)儀器輸出信號(hào)有貢獻(xiàn)(不考慮雜散光的影響)，儀器測(cè)量的是在其響應(yīng)視場(chǎng)內(nèi)光源的平均

6、輻亮度。因此，用輻亮度響應(yīng)能夠正確地建立標(biāo)定光源在儀器視場(chǎng)內(nèi)平均輻亮度和輸出電壓信號(hào)之間的關(guān)系。而用輻照度響應(yīng)則是沒(méi)有意義的，因?yàn)闃?biāo)定光源尺寸增大，雖然儀器入瞳處的輻照度值將增加，但探測(cè)器上物像尺寸的增加并不能使探測(cè)器輸出信號(hào)增加，即尺寸增加的部分處于探測(cè)器有效探測(cè)面積之外，故儀器的輸出信號(hào)將不改變。7.1測(cè)量系統(tǒng)的響應(yīng)度在光源可正好充滿儀器視場(chǎng)的標(biāo)定條件下，三種響應(yīng)度之間存在著簡(jiǎn)單的關(guān)系。設(shè)輻射計(jì)的輻亮度響應(yīng)度RL=V/L，則對(duì)應(yīng)的輻照度響應(yīng)度和輻射通量響應(yīng)度分別為響應(yīng)度的標(biāo)定方法按照光源的大小及其相對(duì)待標(biāo)

7、定儀器的位置，可以分成遠(yuǎn)距離小光源法、遠(yuǎn)距離面光源法、近距離小光源法和近距離面光源法。標(biāo)定時(shí)儀器調(diào)焦至無(wú)限遠(yuǎn)。7.1.1遠(yuǎn)距離小光源法精確計(jì)算輻照度E的困難在于要知道傳輸介質(zhì)(如大氣)的光譜透射比?(?)。由于在水氣吸收譜段內(nèi)，輻射衰減相當(dāng)大，故可在真空或充有無(wú)吸收的惰性氣體(如氮)的密閉室內(nèi)進(jìn)行標(biāo)定。7.1.1遠(yuǎn)距離小光源法焦距f的測(cè)量比距離l的測(cè)量簡(jiǎn)單，標(biāo)定時(shí)當(dāng)準(zhǔn)直系統(tǒng)輸出光平行性良好時(shí)，待標(biāo)定儀器到準(zhǔn)直系統(tǒng)的距離沒(méi)有過(guò)多要求。由于準(zhǔn)直系統(tǒng)邊緣光束的輻照度往往不太均勻，其口徑應(yīng)當(dāng)比待標(biāo)定儀器的口徑大。7.

8、1.1遠(yuǎn)距離小光源法在遠(yuǎn)距離小光源法中，由于儀器視場(chǎng)大于標(biāo)定光源對(duì)應(yīng)的視場(chǎng)，儀器視場(chǎng)還接收部分來(lái)自光源周?chē)谋尘拜椛淠?。為消除背景光?duì)標(biāo)定的影響，可調(diào)制標(biāo)定光源的光輸出信號(hào)，即式中，E是光源和背景一起在儀器入瞳處產(chǎn)生的輻照度；Ea是光源輸出光能被遮擋時(shí)背景在待標(biāo)定儀器入瞳處產(chǎn)生的輻照度，相應(yīng)產(chǎn)生的電壓信號(hào)為V和Va。即?E為標(biāo)定光源本身在儀器入瞳處產(chǎn)生的輻照度，而?V為調(diào)制光信號(hào)產(chǎn)生的交變輸出電壓信